CN112946859A - 直角棱镜的检校装置及其检校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直角棱镜的检校装置及其检校方法，用于解决直角棱镜经过安装、装夹后能否达到精度要求的检校问题，包含两个自准管，反光镜和待检直角棱镜组，三部分均固定在底座上；两个自准管分别用于检校直角棱镜的入射光和出射光的角度差，其分划板的精度决定着该装置的检校精度；反光镜的安装面与水平面成45°角，其作用是将其中一个自准管接收来的水平目标像转成垂直像；待检直角棱镜组又将反光镜反射来的垂直像经过其斜边内反射面的反射，最终转为水平像，从而将目标成像在另一个自准管中的分划板上。通过使用本发明装置，能快速检校直角棱镜本身的精度以及直角棱镜的装配精度。

Description

直角棱镜的检校装置及其检校方法

技术领域

本发明涉及光学元件的检校领域，尤其涉及一种直角棱镜的检校装置及其检校方法。

背景技术

直角棱镜通常用来折转光路或者将光学系统所成的像偏转90°。利用临界角特性，高效地在内部全反射入射光是直角棱镜的基本功能之一。

直角棱镜本身有较大的接触面积及有45°、90°这样的典型角度，所以，和普通的反光镜相比，直角棱镜更容易安装，对机械应力也具有更好的稳定性和强度。

直角棱镜自身角度的检测有着专业的检测手段，但直角棱镜的应用往往需要装夹，对于装夹后的直角棱镜，安装面变成其基准，所以直角棱镜装夹后的精度还能否达到使用要求，这就需要一定的检校装置进行检查和辅助调校，以满足装夹后的使用要求。

发明内容

本发明针对现有技术中缺少直角棱镜经过安装、装夹后能否达到使用要求的检校装置，提供一种直角棱镜的检校装置及其检校方法，其目的在于通过该装置既能检查棱镜本身的精度，也能通过该装置进行棱镜装配后的精度调校，并且，使工件装配调校的效率大幅提升，产品质量得到有效保证。

本发明的技术方案如下：

一种直角棱镜检校装置，包括第一自准管、第二自准管、反光镜、待检直角棱镜组、底座、支座、连接座、反光镜座、第一自准管支座及第二自准管支座；所述第一自准管和第二自准管分别连接第一自准管支座和第二自准管支座并固定在底座的两端；所述支座为内空结构，所述反光镜座位于支座内，所述反光镜固定于反光镜座上；所述支座的上表面通过连接座与待检直角棱镜组的镜框连接，其下底面通过圆柱面配合固定在底座的中部；所述支座的朝向第一自准管的正面及背面对称设置切口，所述切口的大小能够确保通过第一自准管的光线全部被反光镜接收。

进一步地，所述第一自准管和第二自准管采用包括像分划板和目标分划板的双分划板型自准直结构。

进一步地，所述的第一自准管支座与第二自准管支座的间距要能满足第一自准管和第二自准管安装到第一自准管支座与第二自准管支座后，第一自准管和第二自准管的物镜表面不与其最近的反光镜和直角棱镜组的直角面产生干涉且符合人体工程学。

进一步地，所述第一自准管支座与第二自准管支座的高度差要能满足与直角棱镜组的内反射中心和反光镜的反射中心距离完全一致，即入射光线和出射光线完全平行，从而保证所述第一自准管/第二自准管接收来的目标成像在第二自准管/第一自准管的像分划板上。

进一步地，所述反光镜的安装面与水平面成45°角，其作用是将两个自准管其中一个接收来的水平目标像转成垂直像，所以反光镜的反射中心需满足与第一自准管的中心重合，且满足与直角棱镜组的内反射中心重合。

进一步地，所述待检直角棱镜组又将反光镜反射来的垂直像经过其斜边内反射面的反射，最终转为水平像，从而将目标成像在另一个自准管中的像分划板上。

更进一步地，所述支座的两侧面开了两个方形孔，用于对反光镜座进行调整以及通过第四螺钉将反光镜座固定在底座上。

更进一步地，所述第一自准管和第二自准管分别通过第二螺钉和压头固定在第一自准管支座和第二自准管支座上；所述第一自准管支座和第二自准管支座再通过第五螺钉固定在底座上。

更进一步地，所述反光镜通过压板和第六螺钉固定在反光镜座上，再通过第四螺钉固定在底座上；所述待检直角棱镜组通过第一螺钉连接在连接座上，连接座通过第三螺钉与支座连接，支座再通过第四螺钉固定在底座上。

更进一步地，所述像分划板设置多个同心圆，每个同心圆对应一检测精度，该精度的高低与同心圆的半径成反比。

更进一步地，所述的直角棱镜的检校装置，经过直角棱镜组和反光镜的反射后，入射光线与出射光线平行，从而方便检测经过直角棱镜后的光线变化情况。

一种直角棱镜检校装置的检校方法，所述自准管采用双分划板型自准直结构；双自准管对看，把被测直角棱镜看作反光镜，当直角棱镜有偏角时，则反射回来的像与分划板中心像就不重合，读出的偏差值即为直角棱镜的偏角。所述的双分划板型自准管结构，由平面反射镜、物镜、析光棱镜、目标分划板、毛玻璃、灯源、像分划板和目镜组成。

检校方法包括：

首先将直角棱镜按给定的工艺方法装入棱镜框内，直角棱镜与棱镜框之间的缝隙填满硅橡胶，将棱镜组锁紧在连接座上。

将第一自准管中的照明灯点亮，其目标分划像通过反光镜反射到直角棱镜组的内反射面反射回第二自准管，成像在第二自准管的像分划板上。或者也可以将第二自准管中的照明灯点亮，光线经直角棱镜组的斜边内反射，从另一直角边出射，经过反光镜反射后，被第一自准管接收后，成像在第一自准管的像分划板上。

不论采用哪种方式，第一自准管或者第二自准管中都能看到两个像，若两个像重合，说明被检棱镜组经装配后出射光与入射光垂直，符合使用要求。若两个自准管中的两个像不重合，可以通过调整棱镜组上的调节螺钉使自准管中的两个像调重合，即保证装配后的棱镜组的出射光与入射光垂直。

本发明中的直角棱镜的检校装置及其检校方法，与现有技术相比，其有益效果为：

1、采用与棱镜组件使用状态一致的定位装夹方式，能保证使用时的精度；

2、装夹方便简单、调校快捷；

3、通过使用本发明，既能检查棱镜本身的精度也能通过该装置进行棱镜装配后的精度调校；

4、通过使用本发明，使工件装配调校的效率大幅提升，产品质量得到有效保证。

附图说明

图1是本发明中直角棱镜检校装置的结构示意图。

图2是图1的主视图。

图3是图2沿A-A的剖视图。

图4是双分划板型自准管的原理图。

图5是直角棱镜检校装置原理图。

图中：1a-第一自准管，1b-第二自准管；2-底座；3-支座；4-连接座；5-反光镜座；6-压板；7-第一自准管支座；8-第二自准管支座；9-第一螺钉；10-第二螺钉；11-压头；12-反光镜；13-像分划板；14-第三螺钉；15-第四螺钉；16-第五螺钉；17-第六螺钉；18-待检直角棱镜组；19-平面反射镜；20-物镜；21-析光棱镜；22-目标分划板；23-毛玻璃；24-灯源；25-目镜。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图3所示，本发明中的直角棱镜检校装置包括第一自准管1a和第二自准管1b两个自准管、反光镜12和待检直角棱镜组18，所述第一自准管1a、第二自准管1b、反光镜12和待检直角棱镜组18等三部分均固定在底座2上；

第一自准管1a和第二自准管1b分别通过第二螺钉10和压头11固定在第一自准管支座7和第二自准管支座8上；第一自准管支座7和第二自准管支座8再通过第五螺钉16固定在底座2上，并分别位于底座2的两端；

反光镜12通过压板6和第六螺钉17固定在反光镜座5上，再通过第四螺钉15固定在底座2上，并位于两个自准管之间；

待检直角棱镜组18通过第一螺钉9连接在连接座4上，连接座4通过第三螺钉14与支座3连接，支座3再通过第四螺钉15固定在底座2上。

支座3为内空结构，所述反光镜座5位于支座3内，支座3上表面通过连接座4与待检直角棱镜组18的镜框连接，下底面通过圆柱面配合固定在底座2的中部。所述支座3的朝向第一自准管1a的正面及背面对称设置切口，所述切口的大小能够确保通过第一自准管1a的光线全部被反光镜12接收。所述支座3的两侧面开了两个方形孔，用于对反光镜座进行调整以及通过第四螺钉15将反光镜座5固定在底座2上。

所述的第一自准管支座7与第二自准管支座8的间距要能满足第一自准管1a和第二自准管1b安装到第一自准管支座7与第二自准管支座8后，第一自准管1a和第二自准管1b的物镜表面不与其最近的反光镜12和直角棱镜组的直角面产生干涉且符合人体工程学；第一自准管支座7与第二自准管支座8的高度差要能满足与直角棱镜组18的内反射中心和反光镜12的反射中心距离完全一致，即入射光线和出射光线完全平行，从而保证所述第一自准管1a/第二自准管1b接收来的目标成像在第二自准管1b/第一自准管1a的像分划板13上；

所述反光镜12的安装面与水平面成45°角，其作用是将两个自准管其中一个接收来的水平目标像转成垂直像，所以反光镜12的反射中心需满足与第一自准管1a的中心重合，且满足与直角棱镜组18的内反射中心重合；

所述待检直角棱镜组18又将反光镜12反射来的垂直像经过其斜边内反射面的反射，最终转为水平像，从而将目标成像在另一个自准管中的像分划板13上。

在本实施例中，所述第三螺钉14为M3×12、第四螺钉15为M5×12、第五螺钉16为M5×20、第六螺钉17为M2×5。

本发明的直角棱镜检校装置的工作原理：

如图4所示，本发明所述的第一自准管1a/第二自准管1b可以采用市售的双分划板型产品，如北方光电的产品。

所述的双分划板型自准管由平面反射镜19、物镜20、析光棱镜21、目标分划板22、毛玻璃23、灯源24、像分划板13和目镜25组成。

双分划板型自准管工作原理：灯源24照明毛玻璃23，成了均匀的光源，照明目标分划板22，目标分划板22上的分划线发出光，经析光棱镜21的析光面反射，由物镜20出射平行成像光束。平行光被平面反射镜19反射回物镜20后变成会聚光，会聚光束穿过析光棱镜21的析光面，聚焦在像分划板13上，即目标分划板22上的分划线成像在像分划板13上。

设物镜后焦距为f′，当平面反光镜转动α时，像移y为：

y＝f′tg2α

直角棱镜的检校装置设计成双自准管对看，把被测直角棱镜看作反光镜，当直角棱镜有偏角时，则反射回来的像与像分划板13中心像就不重合，读出的偏差值即为直角棱镜的偏角。

图5是直角棱镜检校装置的原理图。该装置采用自准直原理，主要由2个自准管(第一自准管1a、第二自准管1b)、待检直角棱镜18、反光镜12组成。

直角棱镜检校装置的原理：目标发出光线后，其中一个自准管接收到的光线通过反光镜12的反射，将光线反射到待检直角棱镜组18的反射面上，再通过待检直角棱镜组18的内反射面的反射，将目标成像在另一个自准管的像分划板13上。

本发明的直角棱镜检校装置主要用于直角棱镜装配于棱镜框后直角棱镜本身相对于棱镜框的装配精度。

具体使用方法：首先将直角棱镜按给定的工艺方法装入棱镜框内，直角棱镜与棱镜框之间的缝隙填满硅橡胶，将棱镜组18按图中的装配方向通过两颗第一螺钉9锁紧在连接座4上。

将图5中第一自准管1a中的照明灯点亮，其目标分划像通过反光镜12反射到直角棱镜组18的内反射面反射回第二自准管1b，成像在第二自准管1b的像分划板13上。或者也可以将图5中第二自准管1b中的照明灯点亮，光线经直角棱镜组18的斜边内反射，从另一直角边出射，经过反光镜12反射后，被第一自准管1a接收后，成像在第一自准管1a的像分划板13上。

不论采用哪种方式，第一自准管1a或者第二自准管1b中都能看到两个像，若两个像重合，说明被检棱镜组经装配后出射光与入射光垂直，符合使用要求。若两个自准管中的两个像不重合，可以通过调整棱镜组上的调节螺钉使自准管中的两个像调重合，即保证装配后的棱镜组的出射光与入射光垂直。

针对某直角棱镜组装配的精度要求为：±30′。因此，设计的直角棱镜检测装置的像分划板13设计成3个同心圆，检测精度分别对应±5′、±15′、±25′。

例如：精度±5′对应的分划板直径d1的计算方法：

根据d1＝y＝f′tg2α，已知选定的自准管的焦距f′＝140.91mm，α＝5′/60′≈0.083°，则d1＝140.91×tg(2×0.083)≈0.41mm。即所述像分划板13上直径为0.41mm的圆对应的精度为±5′。

同理，若需要更高的精度，重新设计相应的像分划板13即可实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直角棱镜检校装置，其特征在于：

包括第一自准管(1a)、第二自准管(1b)、反光镜(12)、待检直角棱镜组(18)、底座(2)、支座(3)、连接座(4)、反光镜座(5)、第一自准管支座(7)及第二自准管支座(8)；

所述第一自准管(1a)和第二自准管(1b)分别连接第一自准管支座(7)和第二自准管支座(8)并固定在底座(2)的两端；

所述支座(3)为内空结构，所述反光镜座(5)位于支座(3)内，所述反光镜(12)固定于反光镜座(5)上；

所述支座(3)的上表面通过连接座(4)与待检直角棱镜组(18)的镜框连接，其下底面通过圆柱面配合固定在底座(2)的中部；

所述支座(3)的朝向第一自准管(1a)的正面及背面对称设置切口，所述切口的大小能够确保通过第一自准管(1a)的光线全部被反光镜(12)接收。

2.根据权利要求1所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述第一自准管(1a)和第二自准管(1b)采用包括像分划板(13)和目标分划板(22)的双分划板型自准直结构的自准管。

3.根据权利要求2所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述的第一自准管支座(7)与第二自准管支座(8)的间距要能满足第一自准管(1a)和第二自准管(1b)安装到第一自准管支座(7)与第二自准管支座(8)后，第一自准管(1a)和第二自准管(1b)的物镜表面不与其最近的反光镜(12)和直角棱镜组的直角面产生干涉且符合人体工程学。

4.根据权利要求2所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述第一自准管支座(7)与第二自准管支座(8)的高度差要能满足与直角棱镜组(18)的内反射中心和反光镜(12)的反射中心距离完全一致，即入射光线和出射光线完全平行，从而保证所述第一自准管(1a)/第二自准管(1b)接收来的目标成像在第二自准管(1b)/第一自准管(1a)的像分划板(13)上。

5.根据权利要求2所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述反光镜(12)的安装面与水平面成45°角，其作用是将两个自准管其中一个接收来的水平目标像转成垂直像，所以反光镜(12)的反射中心需满足与第一自准管(1a)的中心重合，且满足与直角棱镜组(18)的内反射中心重合。

6.根据权利要求2所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述待检直角棱镜组(18)又将反光镜(12)反射来的垂直像经过其斜边内反射面的反射，最终转为水平像，从而将目标成像在另一个自准管中的像分划板(13)上。

7.根据权利要求1至6任一项所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述支座(3)的两侧面开了两个方形孔，用于对反光镜座进行调整以及通过第四螺钉(15)将反光镜座(5)固定在底座(2)上。

8.根据权利要求1至6任一项所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述第一自准管(1a)和第二自准管(1b)分别通过第二螺钉(10)和压头(11)固定在第一自准管支座(7)和第二自准管支座(8)上；所述第一自准管支座(7)和第二自准管支座(8)再通过第五螺钉(16)固定在底座(2)上；

所述反光镜(12)通过压板(6)和第六螺钉(17)固定在反光镜座(5)上，再通过第四螺钉(15)固定在底座(2)上；

所述待检直角棱镜组(18)通过第一螺钉9连接在连接座(4)上，连接座(4)通过第三螺钉(14)与支座(3)连接，支座(3)再通过第四螺钉(15)固定在底座(2)上。

9.根据权利要求2至6任一项所述的直角棱镜检校装置，其特征在于：

所述像分划板(13)设置多个同心圆，每个同心圆对应一检测精度，该精度的高低与同心圆的半径成反比。

10.一种直角棱镜检校的检校方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将直角棱镜装入棱镜框内，直角棱镜与棱镜框之间的缝隙填满硅橡胶，将棱镜组18锁紧在连接座4上；

(2)将第一自准管1a中的照明灯点亮，其目标分划像通过反光镜12反射到直角棱镜组18的内反射面反射回第二自准管1b，成像在第二自准管1b的像分划板13上；

或者，将第二自准管1b中的照明灯点亮，光线经直角棱镜组18的斜边内反射，从另一直角边出射，经过反光镜12反射后，被第一自准管1a接收后，成像在第一自准管1a的像分划板13上；

(3)第一自准管1a或者第二自准管1b中看到的两个像重合，则被检棱镜组经装配后出射光与入射光垂直，符合使用要求；若两个自准管中的两个像不重合，转入下一步；

(4)通过调整棱镜组上的调节螺钉使自准管中的两个像调重合，即保证装配后的棱镜组的出射光与入射光垂直。

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